KR20140019806A - Method for supplying sequential power impulses - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부분 캐소드로 세분되는 PVD 스퍼터링 캐소드를 위한 전력 펄스를 제공하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 경우 부분 캐소드에 작용하는 전력 펄스 간격들은 중첩되도록 선택되므로, 전력을 제공하는 제너레이터로부터 전력 인출이 중단되지 않아도 된다. The present invention relates to a method for providing a power pulse for a PVD sputtering cathode, which is subdivided into partial cathodes, in which case the power pulse intervals acting on the partial cathode are chosen to overlap, so that power withdrawal from the generator providing power is interrupted. You don't have to.

Description

순차적 전력 펄스를 제공하기 위한 방법{METHOD FOR SUPPLYING SEQUENTIAL POWER IMPULSES}Method for providing sequential power pulses {METHOD FOR SUPPLYING SEQUENTIAL POWER IMPULSES}

본 발명은 전력 펄스를 제공하기 위한 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for providing a power pulse.

이러한 전력 펄스는 예컨대 HIPIMS-기술과 관련해서 필요하다. HIPIMS는 고전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(High Power Impulse Magnetron Sputtering)이다. 이것은 진공 코팅 방법과 관련되고, 상기 방법에서 매우 높은 방전 전류에 의해 캐소드로부터 재료가 스퍼터링되므로, 스퍼터링된 재료는 고도로 양극 이온화되는 것이 보장된다. 동시에 코팅될 기판에 음극 전압이 인가되면, 그 결과 스퍼터링에 의해 발생하는 양극 이온이 기판의 방향으로 가속되므로 고밀도 층이 형성된다. 이 경우 예를 들어 40 kW 이상의 전력이 사용된다. 그러나 짧은 전력 펄스의 범위에서만 캐소드로부터 재료의 스퍼터링이 가능한데, 이는 더 오래 전력의 작용 시 과열에 의해 손상을 일으킬 수 있기 때문이다. 따라서 캐소드로부터 높은 전력으로 스퍼터링될 수 있는 지속 시간은 제한되어야 하고, 이는 최대 허용 펄스 지속 시간이 된다. Such power pulses are necessary, for example in connection with HIPIMS-technology. HIPIMS is High Power Impulse Magnetron Sputtering. This relates to a vacuum coating method, in which the material is sputtered from the cathode by a very high discharge current, thus ensuring that the sputtered material is highly anodized. When a cathode voltage is applied to the substrate to be coated at the same time, as a result, the anode ions generated by sputtering are accelerated in the direction of the substrate, thereby forming a high density layer. In this case, for example, power of 40 kW or more is used. However, sputtering of the material from the cathode is only possible within the range of short power pulses, since damage can be caused by overheating under longer action of power. The duration that can be sputtered at high power from the cathode must therefore be limited, which is the maximum allowable pulse duration.

이를 구현하기 위한 해결 방법은, 캐소드 전체를 부분 캐소드로 세분하고 전력을 순차적으로 차례로 부분 캐소드에 제공하는 것이다. 이러한 컨셉에 의해, 서로 절연된 다수의 캐소드들(이 경우, 부분 캐소드라고 함)이 코팅 장치에 제공되므로, 국부적으로 제한되어 높은 방전 전류가 제공될 수 있다. 이러한 해결 방법의 가능한 구현은 독일 특허 출원 DE 102011018363 호에 기술되어 있다. The solution to this is to subdivide the entire cathode into partial cathodes and provide power sequentially to the partial cathodes. By this concept, a large number of cathodes insulated from each other (in this case, referred to as partial cathodes) are provided in the coating apparatus, so that a local discharge can be provided with a high discharge current. Possible implementations of this solution are described in German patent application DE 102011018363.

부분 캐소드에 작용하는 전력 펄스 동안 상기 캐소드로부터 높은 방전 전류 밀도로 스퍼터링된다. 동시에 다른 부분 캐소드(들)는 다시 전력 펄스가 작용하기 전에 냉각될 수 있다. It is sputtered from the cathode at a high discharge current density during the power pulses acting on the partial cathode. At the same time the other partial cathode (s) can again be cooled before the power pulses act.

발명자는, 펄스 지속 시간 자체가 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된 층의 층 특성에 많은 영향을 미치는 것을 확인했다. 따라서 매우 짧게 및 비교적 길게 지속되는 높은 전력 펄스를 제공할 수 있는 제너레이터들이 필요하다. The inventor has confirmed that the pulse duration itself has a great influence on the layer properties of the layer formed by magnetron sputtering. Thus, there is a need for generators that can provide high power pulses that last very short and relatively long.

제너레이터들은 일반적으로 확실하게 일정한 전류에서 일정한 전압을 제공한다. 상기 제너레이터들을 영어로 "power supply"라고 하고, 이는 전력 공급 장치를 의미한다. 전술한 바와 같이 더 높은 전력의 짧은 전력 펄스를 형성하는 것에 관련되면, 상황은 까다로워진다. 예컨대 40 kW의 전력을 제공하는 전력 공급 장치의 접속 시 시중에서 구매 가능한 전압원으로 완전한 전력 출력에 이를 때까지 약 700 μs의 시간이 경과한다. 이러한 경우처럼 더 짧은 펄스 지속 시간을 갖는 전력 펄스를 필요로 하는 경우에, 완전한 전력 수급 전에 가용 시간이 경과한다. 이러한 펄스의 전력 프로파일은 따라서 조절되지 않고 동적이고, 그것에 기초한 스퍼터링 방법은 양호하지 않게 재현될 수 있고 차선적 특성을 갖는 층을 제공한다. Generators generally provide a constant voltage at a fairly constant current. The generators are called "power supply" in English, meaning power supply. The situation is tricky when it comes to forming shorter power pulses of higher power as described above. For example, when a power supply providing 40 kW of power is connected, a time of about 700 μs elapses until a full power output is achieved with a commercially available voltage source. In cases where power pulses with shorter pulse durations are needed, such as this case, the available time elapses before full power supply. The power profile of this pulse is therefore unregulated and dynamic, and the sputtering method based thereon provides a layer that can be poorly reproduced and has suboptimal properties.

본 발명의 과제는 규정된 프로파일을 갖는 전력 펄스를 간단하게 달성할 수 있는 방법을 제공하는 것이고, 이 경우 전력 펄스의 지속 시간은 간단하게 넓은 간격에 걸쳐 스케일링될 수 있어야 한다. An object of the present invention is to provide a method for simply achieving a power pulse having a defined profile, in which case the duration of the power pulse should be able to be simply scaled over a wide interval.

본 발명에 따라 상기 과제는, 제 1 부분 캐소드에서 제 2 부분 캐소드로 전력의 우회 시 전력을 제공하는 제너레이터가 차단되어야 하는 것이 아니라 제너레이터로부터 전력 인출이 중단되지 않고 실행됨으로써, 다시 전력 증대가 이루어지지 않아도 되도록, 제 1 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격이 제 2 캐소드 부분에 할당된 전력 펄스 간격과 근소하게 시간적으로 중첩함으로써 해결된다. According to the present invention, the above-mentioned problem is that the generator that provides the power when the power is diverted from the first partial cathode to the second partial cathode does not have to be shut down, but is executed without interruption of power drawing from the generator, whereby power is not increased again. To be avoided, the power pulse interval assigned to the first partial cathode is solved by slightly overlapping in time with the power pulse interval assigned to the second cathode portion.

2개의 전력 펄스 간격의 중첩 시간 동안 플라즈마는 제 1 부분 캐소드에서만 연소하는데, 그 이유는 이와 관련한 임피던스가 아직 점화되지 않은 제 2 부분 캐소드의 임피던스에 비해 현저히 낮기 때문이다. 제 1 전력 펄스 간격의 종료 시 제 1 부분 캐소드가 제너레이터로부터 분리될 때 비로소 제 2 부분 캐소드에서 플라즈마가 점화되고, 이는 실질적으로 제너레이터로부터 연속적인 전력 인출이 이루어질 정도로 신속하다. 제 3 부분 캐소드가 제공되는 경우에, 제 3 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격은 제 2 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격과 근소하게 중첩되므로, 제 2 부분 캐소드에서 제 3 부분 캐소드로 전력 우회 시 전력 인출이 중단되지 않는다. 일반화하면, 제 n 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격이 제 (n-1) 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격과 근소하게 중첩되고, 이로써 제 (n-1) 부분 캐소드에서 제 n 부분 캐소드로 전력 우회 시 제너레이터로부터 전력 인출의 중단이 방지된다. 전력이 마지막 부분 캐소드로 우회되고, 상기 마지막 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스가 제공된 경우에, 즉 전력 펄스 사이클이 - 하기에서 그룹이라고도 한다 - 완료되면, 제너레이터로부터 전력 인출이 중단된다. 후속하는 전력 중단은, 다시 제 1 부분 캐소드에 적절한 간격으로 상기 캐소드에 할당된 전력 펄스가 제공되기 전에 부분 캐소드를 냉각하는데 이용된다. During the overlapping time of the two power pulse intervals, the plasma burns only at the first partial cathode because the impedance associated with it is significantly lower than the impedance of the second partial cathode which has not yet been ignited. The plasma is ignited at the second partial cathode only when the first partial cathode is disconnected from the generator at the end of the first power pulse interval, which is substantially fast enough to allow continuous power draw from the generator. When a third partial cathode is provided, the power pulse interval assigned to the third partial cathode is slightly overlapped with the power pulse interval assigned to the second partial cathode, so that when power bypasses from the second partial cathode to the third partial cathode Power draw is not interrupted. In general terms, the power pulse interval assigned to the nth partial cathode is slightly overlapped with the power pulse interval assigned to the (n-1) th partial cathode, thereby powering from the (n-1) th partial cathode to the nth partial cathode Bypass avoids interruption of power draw from the generator. When power is bypassed to the last partial cathode and the power pulse assigned to that last partial cathode is provided, i.e., the power pulse cycle-also referred to as a group below-is completed, power withdrawal from the generator is stopped. Subsequent power interruptions are again used to cool the partial cathodes before the power pulses assigned to the cathodes are provided at appropriate intervals for the first partial cathodes.

그러나 이러한 과정으로 인해, 적어도 제 1 부분 캐소드에 제공된 전력 펄스가 제너레이터의 전력 증대의 시간적인 범위에 있게 되고, 해당 전력 펄스가 바람직하지 않은 프로파일을 갖게 한다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 먼저 적어도 대체로 전력 증대 간격 동안 제 1 부분 캐소드에 전력을 제공하기 위해 소위 더미-캐소드에 전력이 제공된다. 그리고 나서 제 1 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격은 근소하게 전력 증대 간격과 중첩하게 되고, 이로 인해 더미-캐소드로부터 제 1 부분 캐소드로 우회 시 제너레이터로부터 전력 인출의 중단이 방지되고, 제 1 전력 펄스 간격의 범위에서 실질적으로 완전한 전력이 제공된다. 전술한 더미-캐소드는 예를 들어 옴 저항을 갖는 전류 회로에 의해 구현될 수 있고, 상기 회로에서 해당 전압이 강하하고, 따라서 전력이 열로 변환된다. Due to this process, however, at least the power pulses provided to the first partial cathode are in the temporal range of power increase of the generator, causing the power pulses to have an undesirable profile. Thus, according to a preferred embodiment of the present invention, power is first provided to the so-called dummy-cathode to provide power to the first partial cathode at least substantially during the power up interval. The power pulse interval assigned to the first partial cathode then slightly overlaps with the power increment interval, thereby preventing interruption of power draw from the generator when bypassing from the dummy-cathode to the first partial cathode, the first power pulse Substantially complete power is provided over a range of intervals. The above-described dummy-cathode may be implemented by, for example, a current circuit having an ohmic resistance, in which the corresponding voltage drops, and thus power is converted into heat.

전술한 바와 같이, 전력 증대 간격은 700 μs의 범위이다. 상기 간격 동안 제너레이터로부터 더미-캐소드에 제공되는 전력은 코팅 공정에 도움이 되지 않고, 즉 소실되고, 손실을 형성한다. 이는 전력 펄스 사이클, 즉 그룹 간격이 전력 증대 간격에 비해 크고 따라서 전력 손실이 작은 퍼센티지에 불과한 경우에는 문제가 되지 않는다. 그러나, 그룹 간격과 전력 증대 간격의 차이가 두드러질 정도로 전력 펄스 간격들이 작아지는 경우에 문제가 된다. 이러한 경우에 허용될 수 없는 상당한 전력 손실이 발생한다. As mentioned above, the power increase interval is in the range of 700 μs. The power provided to the dummy-cathode from the generator during this interval does not help the coating process, i.e., it is lost and forms a loss. This is not a problem when the power pulse cycle, i.e., the group interval is large compared to the power increment interval, and therefore only a small percentage of power loss. However, there is a problem when the power pulse intervals become small enough that the difference between the group interval and the power increase interval is noticeable. In this case, an unacceptable significant power loss occurs.

이는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의해 방지된다. 발명자는 요컨대, 전력 펄스 간격들이 짧은 경우에 부분 캐소드의 냉각은 전혀 필요하지 않다는 사실을 인식하였다. 이러한 경우에 제 2 전력 펄스 사이클은 제 1 전력 펄스 사이클에 후속한다. 이 경우, 제 2 전력 펄스 사이클(즉 제 2 그룹)의 제 1 전력 펄스 간격은 제 1 그룹의 제 1 전력 펄스 사이클의 마지막 전력 펄스 간격과 근소하게 중첩하므로, 마지막 부분 캐소드에서 제 1 부분 캐소드로 전력의 우회는 제너레이터로부터 전력 인출을 중단하지 않고 가능하다. 이로 인해 제 2 그룹의 경우에 전력 증대 간격과 더미-캐소드로 전력의 방출에 따른 전력 손실이 방지된다. 따라서 부분 캐소드에서 나타나는 열 발생으로 인해 전력 공급의 실질적인 중단이 이루어져야 할 때까지 다수의 그룹들을 나란히 정렬할 수 있다. 이러한 그룹 열(train)에서, 열의 시작 시 전력을 전력 증대 간격 동안 더미-캐소드로 안내하는 것은 한 번만 필요로 할 수 있다. This is avoided by another preferred embodiment of the present invention. In short, the inventor has recognized that cooling of the partial cathode is not necessary at all when the power pulse intervals are short. In this case the second power pulse cycle follows the first power pulse cycle. In this case, the first power pulse interval of the second power pulse cycle (i.e., the second group) is slightly overlapped with the last power pulse interval of the first power pulse cycle of the first group, so from the last partial cathode to the first partial cathode Power bypass is possible without interrupting power draw from the generator. This prevents power loss due to the power increase interval and the discharge of power to the dummy-cathode in the case of the second group. Thus, the heat generated in the partial cathode allows the multiple groups to be aligned side by side until a substantial interruption of the power supply has to be made. In this group train, it may only be necessary once to direct power to the dummy-cathode during the power up interval at the start of the heat.

본 발명은 세부적으로 도면을 참고로 스퍼터링 기술에 의해 예시적으로 설명된다. The invention is illustratively illustrated by sputtering techniques with reference to the drawings in detail.

도 1은 부분 캐소드(1-6)에서 하나의 열로서 및 손실 간격(0)과 전력 펄스 간격으로 분할되어 실시예에 해당하는 상황들을 도시한 도면으로서, 수평축은 시간축이고, 수직축은 제너레이터로부터 제공된 전력이고, 중첩 영역(예컨대 td1)에서 전력은 2개의 부하로 세분되어야 하고, 이는 도면에 도시되지 않는다. 도면에는 3개의 그룹만이 도시된다. FIG. 1 shows the situations corresponding to an embodiment divided into one row at partial cathodes 1-6 and into a loss interval 0 and a power pulse interval, where the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is provided from the generator. It is power, and in the overlap region (eg td1) the power should be subdivided into two loads, which are not shown in the figure. Only three groups are shown in the figure.

캐소드 과열을 방지하기 위해, 전력 열(train) 내에서 부분 캐소드에 전력이 제공되는 동안의 전체 시간은 100 ms 보다 작아야 하는 것이 전제된다:In order to prevent cathode overheating, it is assumed that the total time during which power is supplied to the partial cathodes in the power train should be less than 100 ms:

(tpn-tdn)*N < 100 ms = Tmax(tpn-tdn) * N <100 ms = Tmax

실시예 1Example 1

제 1 실시예와 관련해서 더미-캐소드에 0.5 ms 동안 전력이 제공되고, 즉 손실 간격 tp0은 0.5 ms이고, 물론 약 0.25 ms의 전력 증대 간격을 포함한다. 더미-캐소드 외에 6개의 부분 캐소드들이 사용된다. 하나의 그룹에서 하나의 부분 캐소드에 전력이 제공되는 동안의 전력 펄스 간격은 tp1-6 = 0.2 ms로 정해지고, 전력 펄스 간격들의 중첩은 td1-6 = 0.02 ms로 정해진다. 총 10개의 전력 펄스 사이클이 주파되고, 즉 10개의 그룹은 손실 간격과 함께 하나의 열을 형성한다. 따라서 전체 열 간격은 10*6*(0.2 ms-0.02 ms)+0.5 ms = 10.8 ms+0.5 ms = 11.3 ms가 걸린다. In connection with the first embodiment, the dummy-cathode is provided with power for 0.5 ms, that is, the loss interval tp0 is 0.5 ms, and of course includes a power increase interval of about 0.25 ms. Six partial cathodes in addition to the dummy-cathode are used. The power pulse interval is defined as tp1-6 = 0.2 ms and the overlap of power pulse intervals is set as td1-6 = 0.02 ms while power is supplied to one partial cathode in one group. A total of ten power pulse cycles are frequencyd, that is, ten groups form one column with loss intervals. Therefore, the total column spacing takes 10 * 6 * (0.2 ms-0.02 ms) +0.5 ms = 10.8 ms + 0.5 ms = 11.3 ms.

따라서 0.5 ms의 손실 간격은 코팅을 위해 사용되는, 10.8 ms의 전력 출력을 위한 시간에 대비된다. 더미-캐소드에서의 전력 손실과 비교해 보면 코팅을 위해서는 20배 이상의 전력이 사용된다. Thus, a 0.5 ms loss interval is compared to the time for a 10.8 ms power output used for coating. Compared to the power dissipation in the dummy-cathode, over 20 times more power is used for coating.

전력 펄스 간격 동안 부분 캐소드에 40 kW가 인가하고 각각의 부분 캐소드에 5 kw의 평균 스퍼터링 전력이 사전 설정된 경우에, 전체 열 간격은 69.4 Hz의 주파수로 반복되고, 이에 하기식이 적용된다:In the case where 40 kW is applied to the partial cathodes during the power pulse interval and the average sputtering power of 5 kw is preset for each partial cathode, the total column spacing is repeated at a frequency of 69.4 Hz, whereby the following equation applies:

(tpn-tdn)*N*Pmax*fr = 0.18 ms*10*40 kW*69.4Hz = 5 kW.(tpn-tdn) * N * Pmax * fr = 0.18 ms * 10 * 40 kW * 69.4 Hz = 5 kW.

이에 더미-캐소드에서 최대 0.5 ms*40 kW*69.4Hz = 1.39 kW의 평균 전력 손실이 대비된다. 69.4 Hz의 반복 주파수는 14.4 ms의 반복 지속 시간에 상응한다. 11.3 ms의 전체 열 간격의 지속 시간에서 이는, 열 사이에 3.1 ms의 휴지기가 삽입되는 것을 의미한다. This contrasts an average power loss of up to 0.5 ms * 40 kW * 69.4 Hz = 1.39 kW at the dummy-cathode. A repetition frequency of 69.4 Hz corresponds to a repetition duration of 14.4 ms. At the duration of the entire row interval of 11.3 ms, this means that a 3.1 ms pause is inserted between rows.

실시예 2Example 2

제 2 실시예와 관련해서 전력 펄스 간격은 0.07 ms로 감소하고, 그룹의 개수는 100으로 증가한다. 다른 파라미터들은 유지된다. 따라서 전체 열 간격은 100*6*(0.07 ms-0.02 ms)+0.5 ms = 30 ms+0.5 ms = 30.5 ms가 걸린다. With respect to the second embodiment the power pulse interval is reduced to 0.07 ms and the number of groups is increased to 100. Other parameters are maintained. Therefore, the total column spacing takes 100 * 6 * (0.07 ms-0.02 ms) +0.5 ms = 30 ms + 0.5 ms = 30.5 ms.

따라서 0.5 ms의 손실 간격은 코팅을 위해 사용되는, 30 ms의 전력 출력을위한 시간에 대비된다. 더미-캐소드에서의 전력 손실과 비교해 보면 코팅을 위해서는 60배 이상의 전력이 사용된다.Thus, a loss interval of 0.5 ms is compared to the time for a 30 ms power output, which is used for coating. Compared to the power dissipation in the dummy-cathode, over 60 times more power is used for the coating.

전력 펄스 간격 동안 부분 캐소드에 40 kW가 인가하고 각각의 부분 캐소드에 5 kw의 평균 스퍼터링 전력이 사전 설정된 경우에, 전체 열 간격은 25 Hz의 주파수로 반복되고, 이에 하기식이 적용된다:If 40 kW is applied to the partial cathodes during the power pulse interval and the average sputtering power of 5 kw is preset for each partial cathode, then the entire column interval is repeated at a frequency of 25 Hz, where the following equation applies:

(tpn-tdn)*N*Pmax*fr = 0.05 ms*100*40 kW*25 Hz = 5 kW.(tpn-tdn) * N * Pmax * fr = 0.05 ms * 100 * 40 kW * 25 Hz = 5 kW.

이에 더미-캐소드에서 최대 0.5 ms*40 kW*25 Hz = 0.5 kW의 평균 전력 손실이 대비된다. 25 Hz의 반복 주파수는 40 ms의 반복 지속 시간에 상응한다. 30.5 ms의 전체 열 간격의 지속 시간에서 이는, 2개의 열 사이에 9.5 ms의 휴지기가 삽입되는 것을 의미한다.This contrasts an average power loss of up to 0.5 ms * 40 kW * 25 Hz = 0.5 kW at the dummy-cathode. A repetition frequency of 25 Hz corresponds to a repetition duration of 40 ms. At the duration of the entire row interval of 30.5 ms, this means that a 9.5 ms pause is inserted between the two rows.

실시예 3 Example 3

제 3 실시예와 관련해서 전력 펄스 간격은 0.05 ms로 감소하고, 그룹의 개수는 1000으로 증가한다. 다른 파라미터들은 유지된다. 따라서 전체 열 간격은 1000*6*(0.05 ms-0.02 ms)+0.5 ms = 180 ms+0.5 ms = 180.5 ms가 걸린다. With respect to the third embodiment the power pulse interval is reduced to 0.05 ms and the number of groups is increased to 1000. Other parameters are maintained. Thus, the total column spacing takes 1000 * 6 * (0.05 ms-0.02 ms) +0.5 ms = 180 ms + 0.5 ms = 180.5 ms.

따라서 0.5 ms의 손실 간격은 코팅을 위해 사용되는, 180 ms의 전력 출력을 위한 시간에 대비된다. 더미-캐소드에서의 전력 손실과 비교해 보면 코팅을 위해서는 360배 이상의 전력이 사용된다.Thus the 0.5 ms loss interval is relative to the time for 180 ms power output, which is used for coating. Compared to the power dissipation in the dummy-cathode, more than 360 times the power is used for the coating.

전력 펄스 간격 동안 부분 캐소드에 60 kW가 인가하고 각각의 부분 캐소드에 대략 5 kw의 평균 스퍼터링 전력이 사전 설정된 경우에, 전체 열 간격은 2.7 Hz의 주파수로 반복되고, 이에 하기식이 적용된다:In the case where 60 kW is applied to the partial cathodes during the power pulse interval and the average sputtering power of approximately 5 kw is preset for each partial cathode, the total column spacing is repeated at a frequency of 2.7 Hz, where the following equation applies:

(tpn-tdn)*N*Pmax*fr = 0.03 ms*1000*60 kW*2.7 Hz = 4.86 kW.(tpn-tdn) * N * Pmax * fr = 0.03 ms * 1000 * 60 kW * 2.7 Hz = 4.86 kW.

이에 더미-캐소드에서의 최대 0.5 ms*60 kW*2.7 Hz = 81 kW의 평균 전력 손실이 대비된다. 2.7 Hz의 반복 주파수는 360 ms의 반복 지속 시간에 상응한다. 180.5 ms의 전체 열 간격의 지속 시간에서 이는, 2개의 섹션 사이에 179.5 ms의 휴지기가 삽입되는 것을 의미한다.This contrasts an average power loss of up to 0.5 ms * 60 kW * 2.7 Hz = 81 kW at the dummy-cathode. A repetition frequency of 2.7 Hz corresponds to a repetition duration of 360 ms. At the duration of the entire row interval of 180.5 ms, this means that a 179.5 ms pause is inserted between the two sections.

실시예 4Example 4

제 4 실시예와 관련해서 전력 펄스 간격은 0.05 ms로 유지되고, 그룹의 개수는 1000으로 유지되고, 다른 파라미터들도 유지된다. 따라서 전체 열 간격은 1000*6*(0.05 ms-0.02 ms)+0.5 ms = 180 ms+0.5 ms = 180.5 ms가 걸린다. With respect to the fourth embodiment, the power pulse interval is kept at 0.05 ms, the number of groups is kept at 1000, and other parameters are also maintained. Thus, the total column spacing takes 1000 * 6 * (0.05 ms-0.02 ms) +0.5 ms = 180 ms + 0.5 ms = 180.5 ms.

따라서 0.5 ms의 손실 간격은 코팅을 위해 사용되는, 180 ms의 전력 출력을 위한 시간에 대비된다. 더미-캐소드에서의 전력 손실과 비교해 보면 코팅을 위해서는 360배 이상의 전력이 사용된다.Thus the 0.5 ms loss interval is relative to the time for 180 ms power output, which is used for coating. Compared to the power dissipation in the dummy-cathode, more than 360 times the power is used for the coating.

실시예 3에서처럼 전력 펄스 간격 동안 부분 캐소드에 60 kW가 인가하는 것이 아니라, 하나의 부분 캐소드에 33 kw만이 사전 설정되고, 각각의 부분 캐소드에 약 5 kW의 평균 스퍼터링 전력만이 사전 설정된 경우에, 전체 열 간격은 5.05 Hz의 주파수로 반복되고, 이에 하기식이 적용된다:When not only 60 kW is applied to the partial cathode during the power pulse interval as in Example 3, but only 33 kw is preset in one partial cathode, and only about 5 kW of average sputtering power is preset in each partial cathode, The total column spacing is repeated at a frequency of 5.05 Hz, where the following equation applies:

(tpn-tdn)*N(tpn-tdn) * N

*Pmax*fr = 0.03 ms*1000*33 kW*5.05 Hz = 5 kW.* Pmax * fr = 0.03 ms * 1000 * 33 kW * 5.05 Hz = 5 kW.

이에 더미-캐소드에서의 최대 0.5 ms*33 kW*5.05 Hz = 83 kW의 평균 전력 손실이 대비된다. 180.5 ms의 전체 열 간격의 지속 시간에서 이는, 2개의 열 사이에 단지 17.5 ms의 휴지기가 삽입되는 것을 의미한다.This contrasts an average power loss of up to 0.5 ms * 33 kW * 5.05 Hz = 83 kW at the dummy-cathode. At the duration of the entire row interval of 180.5 ms, this means that only 17.5 ms of rest is inserted between the two rows.

전술한 실시예에 제시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 손실 전력이 거의 사라져 낮은 경우에 펄스 지속 시간, 펄스 높이, 펄스 반복 주파수 및 펄스 프로파일의 정확한 규정의 간단한 스케일링을 가능하게 한다. 스케일링 가능한 펄스 특성이라는 표제로 통합될 수 있는 상기 모든 변수들은 스퍼터링 시 그리고 특히 HIPIMS-기술과 관련해서 형성되는 층의 특성에 직접 작용한다. 본 발명의 상세한 설명이 스퍼터링 기술과 관련해서 전력 펄스의 제공을 설명하더라도, 본 발명은 펄스와 관련해서 비교적 높은 전력이 부하에 제공되어야 하는 모든 곳에 바람직하게 적용될 수 있다. As set forth in the foregoing embodiment, the method according to the present invention enables simple scaling of the precise definition of pulse duration, pulse height, pulse repetition frequency and pulse profile when the lossy power is almost gone and low. All of the above variables, which can be incorporated under the heading Scalable Pulse Characteristics, directly affect the properties of the layer formed during sputtering and especially with respect to HIPIMS-technology. Although the detailed description of the present invention describes the provision of power pulses in the context of sputtering techniques, the present invention is preferably applicable wherever relatively high power should be provided to the load in relation to the pulses.

Pavg 평균 스퍼터링 전력
Pmax 최대 스퍼터링 전력(펄스 전력)
tpn 펄스 길이
tdn 펄스 지연
N 그룹의 개수(N = 0...500)
n 채널 번호
(=부분 캐소드의 개수, n=0 ...6, n=0은 더미-캐소드에 해당함)
fr 반복 주파수
tr 반복 지속 시간 = 1/fr
Pavg Average Sputtering Power
Pmax Maximum Sputtering Power (Pulse Power)
tpn pulse length
tdn pulse delay
Number of N groups (N = 0 ... 500)
n channel number
(= Number of partial cathodes, n = 0 ... 6, n = 0 corresponds to dummy-cathode)
fr repetition frequency
tr repeat duration = 1 / fr

Claims (10)

제 1 부분 캐소드와 제 2 부분 캐소드를 포함하는 PVD-스퍼터링 캐소드의 작동을 위한 스케일링 가능한 전력 펄스 간격을 갖는 전력 펄스를 제공하는 방법으로서, 이 경우 부분 캐소드에 대해 최대 평균 전력 공급이 사전 설정되고, 전력 펄스 간격들의 지속 시간이 사전 설정되고, 하기 단계들,
a) 사전 설정된, 바람직하게 적어도 접속 후에 및 전력 증대 간격의 경과 후에 일정한 전력 출력을 갖는 제너레이터를 제공하는 단계
b) 제너레이터를 접속하는 단계
c) 제 1 부분 캐소드에 제너레이터로부터 전력이 제공되도록 제너레이터에 제 1 부분 캐소드를 접속하는 단계
d) 제 1 부분 캐소드의 사전 설정된 해당하는 제 1 전력 펄스 간격의 경과 후에 상기 제 1 부분 캐소드와 제너레이터를 분리하는 단계
e) 제 2 부분 캐소드에 제너레이터로부터 전력이 제공되도록 제너레이터에 제 2 부분 캐소드를 접속하는 단계
f) 제 2 부분 캐소드의 사전 설정된 해당하는 제 2 전력 펄스 간격의 경과 후에 상기 제 2 부분 캐소드와 제너레이터를 분리하는 단계를 포함하고,
이 경우 상기 제 1 전력 펄스 간격은 시간적으로 제 2 전력 펄스 간격 전에 시작되고, 상기 제 1 전력 펄스 간격은 시간적으로 상기 제 2 전력 펄스 간격 전에 종료하는 방법에 있어서,
상기 단계 d)와 e)는, 제 1 전력 펄스 간격과 제 2 전력 펄스 간격이 시간적으로 중첩하고, 모든 전력 펄스 간격은 함께 제 1 그룹을 형성함으로써, 제너레이터로부터 전력 출력이 제 1 전력 펄스 간격의 시작부터 제 2 전력 펄스 간격의 종료까지 중단없이 연속해서 지속되고, 제 2 전력 증대 간격이 나타나지 않도록 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
A method of providing a power pulse having a scalable power pulse interval for operation of a PVD-sputtering cathode comprising a first partial cathode and a second partial cathode, wherein the maximum average power supply is preset for the partial cathode, The duration of power pulse intervals is preset, the following steps,
a) providing a generator having a constant power output, which is preset, preferably after at least a connection and after a lapse of a power increase interval
b) connecting the generator
c) connecting the first partial cathode to the generator such that power is provided from the generator to the first partial cathode;
d) separating the first partial cathode and the generator after the elapse of a corresponding corresponding first power pulse interval of the first partial cathode;
e) connecting the second partial cathode to the generator such that power is provided from the generator to the second partial cathode;
f) separating the second partial cathode and the generator after the elapse of a corresponding corresponding second power pulse interval of the second partial cathode,
In this case, the first power pulse interval begins in time before the second power pulse interval, and the first power pulse interval ends in time before the second power pulse interval.
In the above steps d) and e), the first power pulse interval and the second power pulse interval overlap in time, and all the power pulse intervals together form a first group so that the power output from the generator is equal to the first power pulse interval. And continues continuously without interruption from the beginning until the end of the second power pulse interval, wherein the second power increment interval does not appear.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전력 펄스 간격과 상기 제 2 전력 간격 펄스의 시간적인 중첩은 전력 펄스 간격들의 x%를 넘지 않고, 또는 제 1 전력 펄스 간격과 제 2 전력 펄스 간격의 지속 시간이 다른 경우에, 더 짧은 지속 시간의 전력 펄스 간격의 x%를 넘지 않고, 이 경우 x는 20보다 작거나 같고, 바람직하게 x는 10보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein the temporal overlap of the first power pulse interval and the second power interval pulse does not exceed x% of the power pulse intervals, or the duration of the first power pulse interval and the second power pulse interval is In other cases, the method is characterized in that x is less than or equal to 20, and preferably x is less than or equal to 10, not exceeding x% of the power pulse interval of shorter duration. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, PVD-스퍼터링 캐소드는 적어도 하나의 다른 부분 캐소드, 바람직하게는 다수의 다른 부분 캐소드를 포함하고, 이 경우 상기 다른 부분 캐소드는 단계 e) 및 f)에 따라 제너레이터에 접속되고, 상기 제너레이터와 분리되고, 차례가 돌아오는 각각의 다른 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격은 바로 직전의 부분 캐소드에 해당하는 전력 펄스 간격과 시간적으로 중첩하고, 제 1, 제 2 및 다른 전력 펄스 간격(들)은 함께 시간적으로 중단되지 않는 제 1 그룹을 형성하므로, 제 1 그룹에 의해 형성된 그룹 간격 동안 제너레이터로부터 전력 출력이 중단되지 않고 연속해서 지속되고, 제 2 전력 증대 간격은 나타나지 않는 것을 특징으로 하는 방법. The method according to claim 1 or 2, wherein the PVD-sputtering cathode comprises at least one other partial cathode, preferably a plurality of other partial cathodes, in which case the other partial cathode is generated according to steps e) and f). The power pulse intervals assigned to each other partial cathode connected to, separated from the generator, and returned in turn overlap in time with the power pulse interval corresponding to the immediately preceding partial cathode, and the first, second and other The power pulse interval (s) together form a first group that is not interrupted in time, so that during the group interval formed by the first group the power output from the generator continues uninterrupted and the second power increment interval does not appear. Characterized in that the method. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 그룹은 제 1 그룹에 관련되고, 상기 제 2 그룹 내에서 제 1 그룹에 상응하게 제 1, 제 2 및 경우에 따라서 다른 부분 캐소드에 중첩하는 전력 펄스 간격 내의 전력 펄스들이 제공되고, 이 경우 상기 제 2 그룹은, 제 2 그룹의 제 1 전력 펄스 간격이 제 1 그룹의 마지막 전력 펄스 간격과 중첩하도록 제 1 그룹에 관련되므로, 제 1 그룹의 제 1 전력 간격의 시작부터 제 2 그룹의 마지막 전력 간격의 종료까지 중단되지 않고 연속해서 제너레이터로부터 전력 출력이 지속되고, 제 2 전력 증대 간격은 나타나지지 않는 것을 특징으로 하는 방법. 4. A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second group is related to the first group and within the second group corresponds to the first, second and optionally other partial cathodes corresponding to the first group. Power pulses within an overlapping power pulse interval are provided, in which case the second group is associated with the first group such that the first power pulse interval of the second group overlaps with the last power pulse interval of the first group. Wherein the power output continues from the generator continuously without interruption from the beginning of the first power interval of the group to the end of the last power interval of the second group, and the second power increment interval does not appear. 제 4 항에 있어서, 제 4 항에서 그룹 1과 2에 대해 형식화된 조건에 따라 N개의 그룹들이 차례로 연결되고, 이 경우 N은 정수 > 1인 것을 특징으로 하는 방법. 5. A method according to claim 4, wherein N groups are connected in sequence according to the conditions formalized for groups 1 and 2 in this case, where N is an integer> 1. 제 5 항에 있어서, 그룹의 개수 N은 바람직하게 최대로, 그러나 각각의 부분 캐소드들(n)에 대해 모든 그룹(1 내지 N)의 각각의 중첩(tdn)을 제외한 상기 각각의 부분 캐소드에 할당된 전력 펄스 간격(tpn)의 합이 100 ms의 최대 시간을 초과하지 않을 정도로만 선택되는 것을 특징으로 하는 방법. 6. The number N of groups is preferably assigned at the maximum, but for each partial cathode n except for each overlapping tdn of all groups 1 to N for said respective partial cathodes. Characterized in that the sum of the power pulse intervals tpn is chosen so as not to exceed the maximum time of 100 ms. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 손실 간격 동안 제너레이터로부터 출력된 전력이 코팅을 위해 사용되는 부하에 제공되지 않고, 이 경우 상기 손실 간격은 적어도 전력 증대 간격을 포함하고, 상기 손실 간격은 제 1 그룹의 제 1 전력 펄스 간격과 중첩하고, 상기 손실 간격은 그룹과 함께 중단되지 않는 열을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein the power output from the generator during the loss interval is not provided to the load used for coating, in which case the loss interval comprises at least a power boost interval and the loss. The interval overlaps the first power pulse interval of the first group, and the loss interval forms an uninterrupted column with the group. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법이 여러 번 반복되고, 마지막 그룹의 마지막 전력 펄스 간격 후에 휴지기 동안 제너레이터는 차단되고, 상기 휴지기는 부분 캐소드에 제공되는 시간 평균 전력이 휴지기를 고려하여 사전 설정된 값에 상응하는 길이로 선택되는 것을 특징으로 하는 방법. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the method according to any one of claims 1 to 7 is repeated several times, the generator is switched off during the rest period after the last power pulse interval of the last group, The resting period is characterized in that the time average power provided to the partial cathode is selected to a length corresponding to a preset value taking into account the resting period. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 포함하는 HIPIMS-방법으로서,
제너레이터의 사전 설정된 전력은 적어도 20 kW, 바람직하게 적어도 40 kW, 특히 바람직하게 60 kW인 것을 특징으로 하는 HIPIMS-방법.
A HIPIMS-method comprising a method according to any one of claims 1 to 8, comprising:
The preset power of the generator is at least 20 kW, preferably at least 40 kW, particularly preferably 60 kW.
제 9 항에 있어서, 파라미터들은 부분 캐소드에 제공된 시간 평균 전력이 10 kW보다 작도록, 바람직하게 5 kW가 되도록 선택되고, 이 경우 간헐적으로 및 국부적으로 부분 캐소드의 방전 전류 밀도는 바람직하게 0.2 A/㎠보다 큰 것을 특징으로 하는 HIPIMS-방법. 10. The method according to claim 9, wherein the parameters are selected such that the time average power provided to the partial cathode is less than 10 kW, preferably 5 kW, in which case the discharge current density of the partial cathode intermittently and locally is preferably 0.2 A /. HIPIMS-method, characterized in that greater than 2 cm 2.
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